В Европейских странах солнечные коллекторы для отопления используют в 50% от общего количества установленных гелиосистем. Однако следует понимать, что гелиосистемы используют лишь для поддержки отопления и экономии основного энергоресурса, поскольку теплопотребление значительно превышает выработку энергии солнечными коллекторами в отопительный период в нашей климатической зоне.

Основными предпосылками для использования гелиосистемы для отопления являются:

  • Развитие технологий энергоэффективного строительства. Благодаря этому снижается тепловая нагрузка здания и вклад солнечной энергии может быть более ощутим.
  • Постоянно растущие тарифы на традиционные энергоносители.
  • Всё большая доступность и популярность солнечных систем. По сравнению с предыдущими годами установка гелиосистем становится всё более рентабельна.
  • Экологическая ответственность. Всё больше людей задумываются об сокращении вредных выбросов при использовании ископаемых видов топлива.
  • Появление новых технологий. Множество компаний предлагают решения благодаря которым можно оптимизировать первоначальные затраты и увеличить срок службы гелиосистем.

Наиболее распространенным является использование гелиосистем с суточной аккумулированием тепловой энергии. Недостатком солнечных систем для поддержки отопления с суточным аккумулированием теплоты являются невозможность использовать излишки теплоты в летнее время. Выходом из данной ситуации может быть использование сезонного аккумулирования. Однако такую систему крайне сложно реализовать на практике из-за необходимости установки огромных накопительных емкостей (объемом от 10 м³). Как правило, такие емкости закапывают под землю или строят специальный резервуар из бетона.

Пример: солнечные коллекторы для отопления дома 200 м² в г. Киев

Рассмотрим пример, когда солнечные коллекторы для отопления устанавливаются в доме с отапливаемой площадью 200 м². Система распределения энергии: радиаторы и теплые полы. Все расчеты горячего водоснабжения проводятся с учетом потребностью 200 литров воды с температурой 55 °С в сутки.

Количество затраченного тепла сильно зависит от качества утепления дома. К примеру для энергопассивного дома необходимо затратить всего 30 кВтч на один метр квадратный площади за отопительный сезон. А для неутепленного дома может понадобиться более 250 кВтч тепла на один метр квадратный площади дома за сезон.

Удельные тепловые потери здания

Удельные тепловые потери здания

Предположим, что дом построен по современным технологиям и отвечает требованиям по энергосбережению. Средние затраты энергии на отопление — 100 кВтч/ м². Соответственно в среднем за сезон для системы отопления дома понадобится приблизительно =  200 м² * 100 кВтч/ м² = 20 000 кВтч тепла.

Для расчетов были выбраны плоские солнечные коллекторы фирмы Vaillant auroTHERM VFK 145V со следующими параметрами:
  •  Площадь абсорбера – 2,35 м²;
  •  Оптический КПД – 0,79;
  •  Коэффициент тепловых потерь К₁ — 2,41 Вт/м²К;
  •  Коэффициент тепловых потерь К₂ — 0,049 Вт/м²К.
aurotherm_plus

Внешний вид солнечных коллекторов

Рассмотрим три варианта гелиосистем. В первом варианте установлено 5 солнечных коллекторов  с общей площадью абсорбера 11,75 м², во втором 10 коллекторов (23,5 м²) и 15 панелей с площадью 35,25 м².
Расчеты приведены для г. Киев с учетом усредненной базы данных солнечного излучения и окружающей температуры.
график выработки тепловой энергии солнечными коллекторами на отопление

График выработки тепловой энергии солнечными коллекторами на отопление

Как видно из графиков максимальная выработка солнечной энергии гелиосистемой приходится в летний период  года. Энергия, выработанная солнечной системой, лишь частично покрывает отопительную нагрузку и практически полностью покрывает нагрузку по горячему водоснабжению.
В большей мере максимальная экономия приходится на межсезонье и незначительна в зимние месяцы года. Чем больше площадь гелиосистемы, тем больше значение экономии энергоресурсов.
Процент выработки тепловой энергии для отопления солнечными коллекторами

Диаграмма покрытия отопительной нагрузки за счет солнечных коллекторов

В каждом из вариантов солнечные коллекторы для отопления вырабатывают различное количество тепловой энергии в процентном соотношении относительно общей потребности в тепле. Основной задачей проектирования таких солнечных систем является подбор оптимального значения замещения основного источника энергии.  Для этого необходимо сопоставить затраты на установку гелиосистемы и ожидаемый эффект. В некоторых случаях даже экономия в 10% может быть выгодной например для того чтобы сократить потребления газа и перейти в более низкую тарифную сетку.

Варианты реализации гелиосистемы для поддержки отопления

Для реализации солнечных систем с частичным покрытием отопительной нагрузки необходимо использовать комбинированные баки аккумуляторы. Или отдельные баки, которые бы могли максимально накопить солнечную энергию за время работы гелиосистемы в течении дня.
Схемы солнечные коллекторы для отолпения помещений

Варианты схем реализации гелиосистемы с поддержкой отопления с суточным аккумулированием энергии

Объем таких емкостей рассчитывается исходя из количества солнечных коллекторов, и ни в коем случае не определяется от объема теплоносителя в отопительной системе. В среднем это значение равно 75 л на один метр квадратный площади абсорбера солнечных коллекторов.
Следует так же отметить, что для максимального эффекта применения солнечных коллекторов для отопления, необходимо использовать теплые полы, так как они являются низкотемперурной системой отопления. Чем ниже рабочая температура гелиосистемы, тем выше КПД системы.
КПД гелиосистемы в зависмости от типа системы отопления

КПД гелиосистемы в зависмости от типа системы отопления

Оптимальный рабочий диапазон для поддержки отопления составляет 30–40 °C (соответствует температурному графику теплых полов).